Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Водородная зарядка алюминия с использованием трения в воде

5.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/60711

⸱

28 января 2020 г.

 , 
1Department of Mechanical Science and Bioengineering, Osaka University

В этой статье

Краткое содержание

Для того, чтобы ввести большое количество водорода в алюминиевых и алюминиевых сплавов, был разработан новый метод зарядки водорода, называемый трение в воде процедуры.

Аннотация

Новый метод водородной зарядки алюминия был разработан с помощью процедуры трения в воде (FW). Эта процедура может легко ввести большое количество водорода в алюминий на основе химической реакции между водой и неоксид покрытием алюминия.

Введение

В целом, алюминиевые базовые сплавы имеют более высокую устойчивость к экологическим водородным охлажением, чем сталь. Высокая устойчивость к водороду embrittlement алюминиевых сплавов из-за оксидных пленок на поверхности сплава блокирования водорода ввода. Для оценки и сравнения высокой чувствительности между алюминиевыми сплавами, водородная зарядка обычно выполняется до механических испытаний1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17. Тем не менее, известно, что водород зарядки алюминия не легко, даже при использовании водорода зарядки методы, такие как катодическая зарядка15, медленная деформация скорости деформации напряжения под влажным воздухом16, или водородного плазменного газа зарядки17. Сложность водородной зарядки алюминиевых сплавов также связана с оксидными пленками на поверхности алюминиевого сплава. Мы постулировали, что большее количество водорода может быть введено в алюминиевые сплавы, если мы могли бы удалить оксид пленки непрерывно в воде. Термодинамически18, чистый алюминий без оксидной пленки легко реагирует с водой и генерирует водород. На основе этого мы разработали новый метод водородной зарядки алюминиевых сплавов на основе химической реакции между водой и неоксидным алюминием. Этот метод способен добавлять большое количество водорода в алюминиевые сплавы простым способом.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка материала

  1. Используйте пластины толщиной 1 мм из алюминиево-магниево-силиконового сплава, содержащего 1 массу Мг и 0,8 массы Si (Al-Mg-Si).
  2. Сделайте испытательные части из сплавных пластин Al-Mg-Si, имеющих калибровочный длину 10 мм и ширину 5 мм.
  3. Аннал тестовых частей при 520 градусов по Цельсию в течение 1 ч с помощью воздушной печи. Утолить в воде в качестве раствора тепловой обработки.
  4. Anneal тестовых частей на 175 градусов по Цельсию для 18 ч, как пик старения тепловой обработки (T6-temper).
  5. Польский поверхности испытательных частей с использованием кремния карбид Эмери бумаги (#2000) без воды.
  6. Измерьте вес полированных образцов до точности 0,0001 г с помощью электрического баланса
  7. Измерьте толщину и ширину колеи части образцов до точности 0,001 мм с помощью оптического компаратора.

2. Процедура FW(Рисунок 1)

  1. Прикрепите два образца сплава Al-Mg-Si с помощью клея к треугольному, в форме призм, сделанному флюороуглеродным полимером.
  2. Подготовьте цилиндрический стеклянный контейнер с пустым верхом в качестве реакционного сосуда.
  3. Прикрепите круглую полировку, изготовленную из карбидов кремния, #2000 диаметром 10 мм, используя двустороннюю ленту в нижней части контейнера.
  4. Поместите треугольный, призмный мешалку с двумя образцами на полированной бумаге на нижней поверхности стеклянного контейнера.
  5. Налейте 100 мл дистиллированной воды в стеклянную емкость сверху.
  6. Накройте стеклянный контейнер круглым резиновым куском с тремя отверстиями (для газового впуска, для газовой розетки и для зонда рН в верхней части стеклянного контейнера).
  7. Заполните стеклянный контейнер с высокой чистотой (99.999%) аргон при постоянной скорости потока 20 мл/мин после закрытия резиновой крышки.
  8. Подключите газовую розетку к газовому хроматографу (ГК) с помощью полупроводникового водородного датчика (предел обнаружения: 5 ppb).
  9. Подождите, пока газ в контейнере будет заменен аргоном.
  10. Поверните треугольный, призмный мешалку с двумя образцами на магнитном мешалке с постоянной вращающейся скоростью при комнатной температуре.
  11. Измерьте генерацию водорода во время вращения мешалки с помощью GC, принимая одно измерение каждые 2 мин.
  12. Измерьте рН воды в контейнере во время вращения мешалки.
  13. Удалите два образца из треугольного, призмообразного мешалка путем погружения в ацетон с ультразвуковой вибрацией в течение 5 минут после процедуры FW.
  14. Измерьте вес и толщину образцов снова после процедуры FW используя электрический баланс и оптический компаратор, соответственно.

3. Поглощение водорода по процедуре FW

  1. После процедуры FW вырежьте образец до прямоугольной формы 1 x 5 x 10 мм.
  2. Поместите образец в кварцевую трубку диаметром 10 мм, подключенный к GC, с полупроводниковым водородным датчиком.
  3. Поток высокой чистоты (99.999%) аргоновый газ в кварцевой трубе с постоянной скоростью потока 20 мл/мин.
  4. Нагрейте кварцевую трубку с образцом, используя трубчатую печь с постоянной скоростью нагрева, 200 градусов по Цельсию/ч.
  5. Измерьте тепловое опреснение водорода образца после процедуры FW с помощью GC.

4. Оценка материалов после процедуры FW

  1. Провести растяжимые тесты (по крайней мере 3x, для обеспечения повторяемости) в лабораторном воздухе со скоростью перекрестной стороны 2 мм/мин с использованием образца, который был обработан процедурой FW.
  2. Измерьте растяжимые свойства (например, прочность, напряжение перелома), полученные из кривой напряжения напряжения в тесте на растяжение.
  3. Наблюдайте за поведением перелома со вторичным электронным микроскопом (SEM) после теста на растяжение.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Генерация/поглощение водорода по процедуре FW
На рисунке 2 показано поведение генерации водорода во время процедуры FW сплавов Al-Mg-Si, содержащих различные количества железа от 0,1 массы % до 0,7 массы. Образец непрерывно излучал большое количество водорода, когда мешалка начала вращаться. Это говорит о том, что водород был вызван химической реакцией, вызванной трением между поверхностью сплава и водой. Кроме того, значение pH воды во время процедуры FW немного увеличил...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Одним из важных аспектов процедуры FW является присоединение двух образцов к магнитному мешалке. Поскольку центр шездки становится зоной нефриния, лучше избегать прикрепления образцов в центре панели мешалки.

Контроль скорости вращения перемешивания бар также имеет важное значение. Когда скорость превышает 240 об/мин, становится трудно поддерживать реакционный сосуд на сцене магнитного мешалки. Когда процедура FW осуществляется на высокой скорости, необходимо зафиксировать реакционный сосуд к ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была финансово поддержана, в частности, Образовательным фондом Light Metal, Inc., Осака, Япония

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Воздушная печьGCQC-1
Пластины из алюминиевого сплаваKobe SteelAl/1,0 % по массе Mg/0,8% по массе Si
Электрический балансA& DHR-200
Стеклянный контейнерИзготовленная на заказ
магнитная мешалкаCORNINGPC-410D
Оптический компараторNIKONV-12B
pH-метрSato TechPH-230SDJ
Кварцевая трубкаИзготовленная на заказ
ротационная полировальная машинаIMTIM-P2
Вторичный электромный микроскопJOELJSM-5310LV
Сенсорный газовый хроматографFIS Inc.SGHA
Наждачная бумага из карбида кремнияIMT531SR
Машина для испытаний на растяжениеToshin KogyoSERT-5000-C
Трубчатая печьHonma RikenCustom made

Ссылки

  1. Horikawa, K., Matsubara, T., Kobayashi, H. Hydrogen charging of Al-Mg-Si-based alloys by friction in water and its effect on tensile properties. Materials Science and Engineering A. 764, 138199(2019).
  2. Horikawa, K. Current research trends in aluminum alloys for a high-pressure hydrogen gas container. Journal of Japan Institute of Light Metals. 60, 542-547 (2010).
  3. Kuramoto, S., Hsieh, M. C., Kanno, M. Environmental embrittlement of Al-Mg-Si base alloys deformed at low strain rates in laboratory air. Journal of Japan Institute of Light Metals. 52, 250-255 (2002).
  4. Horikawa, K., Yoshida, K. Visualization of Hydrogen in Tensile-Deformed Al-5%Mg Alloy by means of Hydrogen Microprint Technique with EBSP Analysis. Materials Transactions. 45, 315-318 (2004).
  5. Ueda, K., Horikawa, K., Kanno, M. Suppression of high temperature embrittlement of Al-5%Mg alloys containing a trace of sodium caused by antimony addition. Scripta Materialia. 37, 1105-1110 (1996).
  6. Horikawa, K., Ando, N., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen gas evolution during deformation and fracture in SCM 440 steel with different tempering conditions. Materials Science and Engineering A. 534, 495-503 (2012).
  7. Horikawa, K., Yamada, H., Kobayashi, H. Effect of strain rate on hydrogen gas evolution behavior during tensile deformation in 6061 and 7075 aluminum alloys. Journal of Japan Institute of Light Metals. 62, 306-312 (2012).
  8. Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of diffusive hydrogen in low alloy steel by means of hydrogen microprint technique at elevated temperatures. Materials Transactions. 50, 759-764 (2009).
  9. Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen during fatigue fracture in an Al-Mg-Si alloy. Journal of Japan Institute of Light Metals. 56, 210-213 (2006).
  10. Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen distribution in tensile-deformed Al-5%Mg alloy investigated by means of hydrogen microprint technique with EBSP. Journal of the Japan Institute of Metals. 68, 1043-1046 (2004).
  11. Yamada, H., Tsurudome, M., Miura, N., Horikawa, K., Ogasawara, N. Ductility loss of 7075 aluminum alloys affected by interaction of hydrogen, fatigue deformation, and strain rate. Materials Science and Engineering A. 642, 194-203 (2015).
  12. Toda, H., et al. Effects of hydrogen micro pores on mechanical properties in a 2024 aluminum alloys. Materials Transactions. 54, 2195-2201 (2013).
  13. Yamada, H., Horikawa, K., Matsumoto, T., Kobayashi, H., Ogasawara, N. Hydrogen evolution behavior of tensile deformation process in 6061 and 7075 aluminum alloys. Journal of Japan Institute of Light Metals. 61, 297-302 (2011).
  14. Horikawa, K., Kobayashi, H. Hydrogen absorption of pure aluminum by friction of the surface in water and its effect on tensile properties. Journal of the Japan Institute of Metals. 84, (2020).
  15. Suzuki, H., Kobayashi, D., Hanada, N., Takai, K., Hagihara, Y. Existing state of hydrogen in electrochemically charged commercial-purity aluminum and its effects on tensile properties. Materials Transactions. 52, 1741-1747 (2011).
  16. Horikawa, K., Hokazono, S., Kobayashi, H. Synchronized monitoring between hydrogen gas release and progress of atmospheric hydrogen embrittlement in 7075 aluminum alloy. Journal of Japan Institute of Light Metals. 66, 77-83 (2016).
  17. Manaka, T., Aoki, M., Itoh, G. Thermal desorption spectroscopy study on the hydrogen behavior in a plasma-charged aluminum. Materials Science Forum. 879, 1220-1225 (2016).
  18. Ellingham, H. J. T. Reducibility of oxides and sulphides in metallurgical processes. Journal of the Society of Chemical Industry. 63, 125-133 (1944).
  19. Pourbaix, M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Ist ed. , Pergamon Press. New York. 168-176 (1966).
  20. Young, G. A., Scully, J. R. The diffusion and trapping of hydrogen in high purity aluminum. Acta Materialia. 46, 6337-6349 (1998).
  21. Smith, S. W., Scully, J. R. The identification of hydrogen trapping states in an Al-Li-Cu-Zr alloy using thermal desorption spectroscopy. Metallurgical and Materials Transactions A. 31, 179-193 (2000).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Процедура промывки водой от тренияалюминиевые сплавытермический десорбционный анализгазовый хроматографводородное охрупчиваниегомогенизирующий отжигпиковое старениеполировка поверхностиизмерение массы
Водородная зарядка алюминия с использованием трения в воде
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.